全户内变电站楼面电气设备抗震设计方法

全户内变电站作为电力系统的关键节点,其楼面布置的电气设备在地震作用下保持良好的抗震性能至关重要。该文对4座全户内变电站主控楼及楼面电气设备进行了精细化的有限元建模,分别进行了动力特性分析和100组地震动输入下的时程响应分析,采用数理统计和线性拟合的方式得到了适用于全户内变电站的楼面设计反应谱。研究结果表明:主控楼结构2层楼面峰值加速度放大系数平均值为1.35,屋面峰值加速度放大系数平均值为2.47;当楼面电气设备基本周期与主控楼结构基本周期比值在0.9～1.1区间时,平均楼面谱加速度放大系数达峰值4.80;楼面设计反应谱与电气设备的重要性类别、楼层位置、阻尼比和主控楼结构扭转效应4个主要影响因素有关。建议对全户内变电站楼面电气设备进行抗震设计时采用该文推荐的楼面反应谱抗震设计方法。     

特高压电抗器-套管体系抗震性能及本体动力放大作用计算方法研究

电抗器是重要的变电站设备,在地震中会遭受各种形式的破坏,其中瓷质套管的损坏尤为常见。该文通过特高压电抗器-瓷质套管体系缩比模型振动台试验,研究了其在不同地震波输入时套管的地震响应,分别得到了不同工况下套管的加速度响应、位移响应和应变响应,分析了套管加速度峰值放大系数、位移峰值和应变峰值,评价了其抗震性能。建立了与试验相一致的数值仿真分析模型,通过频率、套管根部应力和套管顶端相对位移的比较,验证了数值分析模型的有效性,同时分析了特高压原型电抗器的抗震性能。之后对特高压电抗器-套管体系本体地震动力放大作用展开研究,提出以应力峰值为参量的本体对套管地震动力放大作用的放大系数计算方法。     

220kV户内变电站屋顶构架结构体系及其抗震性能

研究了新型220 k V户内变电站屋顶构架结构体系的结构特性和整体抗震性能,建立常规构架和屋顶构架的有限元模型,考虑屋顶构架-GIS综合楼上下刚度分布不均匀,开展了上下结构共同作用的结构体系的地震反应分析。通过结构体系的模态分析得到其振动特性,采用时程分析法得到整体结构的动力特性,比较分析了不同结构体系的地震反应特性,研究结果表明新型变电站屋顶构架的抗震设计应加强屋顶构架的侧向刚度和连接节点的强度。     

500kV避雷器抗震性能振动台试验研究

通过500 kV避雷器设备的振动台抗震试验,研究标准时程波对避雷器设备抗震性能评估的适用性。抗震试验过程中进行单向输入和双向输入,输入波形包括人工标准时程波、EL Centro地震波、Taft地震波和共振拍波。试验结果表明,在相同地震等级的上述4种地震波的作用下,标准时程波激励下的设备根部应力最大。由于标准时程波对应反应谱卓越频率段较平缓,对于不同设备的试验结果差异相对较小,因此标准时程波适用于500 kV避雷器的抗震性能评估。双向激励与单向激励试验结果对比表明,对于双向轴对称结构进行抗震性能评估时可以仅进行单向激励振动台试验。     

地震波斜入射对高拱坝地震反应的影响

高坝地震反应分析通常假定地震波垂直入射,在显式有限元法结合黏弹性人工边界的时域波动分析方法的基础上,建立了三维平面地震波倾斜入射的输入方法。采用所建立的斜入射输入方法,研究了地震波斜入射对小湾拱坝地震反应的影响。分析结果表明：与垂直入射相比,地震波倾斜入射可能显著增加对拱坝抗震安全性起控制作用部位位移、速度、加速度反应的频谱幅值放大系数,应该在拱坝地震反应分析中考虑地震波斜入射的影响。     

不同输入地震波作用下高土石坝地震反应分析与评价

采用基于黏弹塑性模型的三维真非线性动力反应分析方法,进行了不同输入地震波作用下高土石坝地震反应分析。研究比较了在场地波、规范波、实测波三类不同输入地震波作用下高土石坝的加速度和动剪应力反应、地震残余变形、坝坡动力稳定性和大坝的抗震安全性。结果表明,在给定的三类不同输入地震波作用下,场地波作用下大坝的动力反应最大。整体来看,场地波作用下的计算结果相对保守,满足规范波作用下的安全性是最低要求,实测波选择上存在局限性。所提出的有关规律和结论,可为工程抗震设计提供技术依据。     

220kV断路器抗震性能地震模拟振动台试验

在汶川大地震中,变电站的大量电气设备受到了破坏.作为变电站的一种主要设备,断路器的抗震性能需要进行研究.根据地震中断路器的实际破坏情况,采用220 kV单极瓷柱式断路器的足尺寸真型试件进行了地震模拟振动台试验研究.通过测定其在不同地面运动输入作用下设备关键部位的加速度、位移、应变等主要参数,研究了此断路器设备结构的动力...     

550kV GIS设备在地震行波效应下的位移、应力分析

以550 kV GIS设备整体为研究对象,采用天津波作为地震输入波形,根据地震时程分析理论,分别进行单点地震输入和考虑行波效应的多点地震输入的地震分析,并将两种情况下所得到的位移、应力结果进行比较。结果表明,当视波速为600 m/s时,整个GIS的最大位移出现在套管顶端,最大应力出现在10号支架位置;同时,多点输入下GIS结构最大位移响应值、最大应力响应值均比单点地震输入大很多。变电站的GIS设备在进行抗震分析时,不能忽略地震行波效应对整体GIS结构的影响。     

考虑斜入射的重力坝耐震时程法抗震性能评估

为明晰不同入射角度对基于性能的高坝抗震设计的影响，采用耐震时程分析（ETA）法同时考虑空间斜入射，分析大坝抗震性能变化情况。基于ETA法原理合成了3条耐震加速度时程曲线，建立Koyna重力坝-地基三维有限元模型，将耐震时程以不同角度输入地基进行地震动力分析。以裂缝贯穿时间、坝基损伤指标DBI、结构损伤耗能、坝顶顺河向相对位移为性能指标，进行重力坝抗震性能评估研究。结果表明：在耐震时程以不同角度入射时，大坝地震动力响应的差异显著，因此有必要在采用ETA法时考虑斜入射的影响。综合分析，60°入射下坝体损伤最剧烈、损伤耗能最高、坝顶顺河向相对位移最大。     

± 800 kV支柱复合绝缘子抗震试验研究

为分析复合材料电气设备的结构特点与抗震性能,针对工程应用的2种±800 kV复合支柱绝缘子进行了无支架结构和有支架结构地震模拟振动台试验。通过白噪声和抗震试验,测量了设备关键部位的位移、应变和加速度响应,对比分析了支柱复合绝缘子在有无支架下的地震响应。试验结果表明,支架略降低了试验设备结构一阶频率,增大了设备阻尼比,且对较柔设备影响较小;在0.1~0.4 g地震波激励下,设备的应力和位移响应基本呈线性变化;应力、位移、加速度和谱加速度的动力放大系数均小于1.30,其中加速度峰值的放大系数最大,支架使地震波频谱在高频部分产生放大作用,设备结构频率在地震波频谱曲线上的分布与其支架应力放大系数正相关,支架对设备位移略有放大作用。     

±800 kV支柱复合绝缘子抗震试验研究

为分析复合材料电气设备的结构特点与抗震性能,针对工程应用的2种±800 kV复合支柱绝缘子进行了无支架结构和有支架结构地震模拟振动台试验。通过白噪声和抗震试验,测量了设备关键部位的位移、应变和加速度响应,对比分析了支柱复合绝缘子在有无支架下的地震响应。试验结果表明,支架略降低了试验设备结构一阶频率,增大了设备阻尼比,且对较柔设备影响较小;在0.1~0.4 g地震波激励下,设备的应力和位移响应基本呈线性变化;应力、位移、加速度和谱加速度的动力放大系数均小于1.30,其中加速度峰值的放大系数最大,支架使地震波频谱在高频部分产生放大作用,设备结构频率在地震波频谱曲线上的分布与其支架应力放大系数正相关,支架对设备位移略有放大作用。     

软母线连接的变电站开关设备地震破坏原因分析

在地震作用下,变电站内大量使用由软母线连接的瓷质绝缘开关类设备容易受到破坏。根据5.12汶川大地震变电站典型开关类设备的地震破坏情况,首先建立了通过软母线连接的隔离开关-电流互感器-断路器耦联系统有限元模型,在输入不同峰值加速度地震波的情况下,对设备-母线耦联系统分析了结构的地震响应,然后与单体设备的地震响应分析结果进行了对比。结果表明:单体设备以及设备-母线耦联系统的地震响应不同。通过母线连接的耦联系统中,母线会对连接的设备产生牵引作用,这是许多开关类设备地震作用下破坏的一个主要原因。软母线连接的开关类设备应综合考虑设备与母线的耦联作用来进行抗震性能分析。     

砌体结构抗震性能数值模拟研究

砌体结构是山西省变电站工程中常见的结构类型。对其进行抗震性能研究通常采用效率低、成本高的结构试验。利用有限元方法对砌体结构抗震性能进行数值模拟研究,结果表明,ANSYS有限元软件可以较为准确地计算地震作用下墙体的开裂荷载、开裂位移,并且可以模拟墙体在地震作用下的应力分布和裂缝开展。此方法可以应用于砌体结构的抗震性能研究,作为结构试验的辅助手段验证对比试验数据的合理性。     

特高压变电站内110 kV电容器组模型地震模拟振动台试验

为明确110 k V电容器组地震响应规律,提高特高压变电站的地震安全性,首次对特高压变电站内110 k V电容器组模型进行地震模拟振动台试验研究。通过振动台试验的方式,测定电容器组模型的动力特性及地震作用下关键部位的加速度、位移、应变等参数。试验结果显示,试件两水平向1阶频率分别为2.69 Hz、3.39 Hz,处于地震动卓越频率段;试件结构对地震加速度有放大作用,且放大作用与高度呈非线性关系;在目标峰值加速度为0.2g(g=9.8 m/s2)的地震波作用下,试件最大应变出现在底部绝缘子根部,计算得到最大应力为25.10 MPa,低于绝缘子破坏应力。该研究明确110 k V电容器组具有较高地震易损性,抗震关键部位为底部支柱绝缘子,为该类设备的抗震性能研究提供了数据支撑。     

带转换层结构在耦合地震作用下的抗震性能分析

结合工程实例采用有限元法以一带梁式转换层框支剪力墙结构为研究对象对该结构体系进行耦合地震作用下的弹塑性时程分析,包括地震竖向分量与地震水平分量在不同时刻耦合和地震竖向分量与不同加速度峰值的地震水平分量耦合,以及地震波频谱特性对结构响应的影响,以了解结构的抗震性能和动力特性,为结构体系抗震设计提供参考。     

碾压混凝土重力坝整体三维非线性有限元地震反应分析

本文将考虑地基辐射阻尼作用和坝体接缝非线性动力接触作用的大坝.地基体系地震波动反应分析方法用于龙开口碾压混凝土重力坝的整体三维非线性有限元地震时程反应分析,揭示横河向地震输入对重力坝地震反应的影响,研究比较碾压混凝土重力坝分仓横缝采取灌浆或设键槽的不同措施对加强大坝抗震性能的作用.     

特高压换流站高端阀厅动力特性及抗震性能分析

首先对特高压新松换流站高端阀厅及阀组进行了动力特性现场测试及分析,开展了峰值为0.4 g的不同地震波激励下阀厅结构的动力响应计算,分别得到了阀厅关键部位的加速度、位移及应力响应,分析了阀厅在强震作用下的抗震性能。阀厅动力特性测试和模态分析结果较为一致,高端阀厅前3阶频率在2.0～5.0 Hz之间,振型分别是X、Y向平动和X-Y平面为扭转,阀厅结构自振频率与地震卓越频率较为接近,地震作用下极易发生共振。强震作用下阀厅地震响应分析表明:阀厅钢柱顶部、穿墙套管安装位置的加速度动力放大系数较大,结构响应存在一定的扭转效应,但阀厅结构的最大构件应力远没达到材料的屈服应力,全钢结构阀厅整体抗震性能较好。     

高烈度地震区±500 kV换流站阀厅结构选型分析

混合结构阀厅利用防火墙作为阀厅竖向承重及抗侧力结构的组成部分,具有结构刚度大、结构耗钢量小的优点,但其抗侧力构件平面布置不规则,地震作用下结构扭转效应明显。本文依托±500 kV金官换流站阀厅设计,开展了高烈度地震区±500 kV换流站阀厅结构选型分析工作。通过对混合结构、全钢结构进行静力、动力分析,着重研究对比了其结构刚度、承载能力及抗震性能。研究结果表明,混合结构在地震作用下的扭转反应明显,结构位移比超限,属于特别不规则结构,抗震性能较差。建议高烈度地震区±500 kV换流站阀厅采用全钢结构。     

基于耐震时程法的高拱坝地震易损性分析

基于耐震时程分析方法（ETA）,建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能指标,通过对结构不同性能水准的定义,建立了极限状态与结构性能指标之间的关系,以此为基础绘制易损性曲线。结果表明：随着耐震时程输入时间的增加,拱坝的各项响应值随之增大,不同响应指标对地震强度的敏感性不同,且ETA法与增量动力分析法（IDA）得到的响应结果基本一致,在同一性能水平下采用不同评价指标时对应的超越概率也不相同。因此,在进行结构的抗震性能评价时应综合考虑不同结构响应指标,选取不同性能下超越概率最大的结构响应指标进行分析。     

1100 kV柱式断路器地震模拟振动台试验及数值分析

为研究1 100 kV柱式断路器在地震波作用下的抗震性能,依据特高压电气设备抗震试验方法进行了地震模拟振动台试验并利用有限元软件对结构进行数值分析。通过白噪声扫频及标准时程波地震试验,测定了设备的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:在0.4 g地震波作用下的复合支柱套管的最大应力38.58 MPa,低于复合材料的额定机械负荷应力;复合套管的最大应变发生在支柱套管根部,该部位为断路器设备的易损部位;强地震波作用会改变结构的动力特性,结构地震响应呈现明显的非线性特性。依据试验数据得到结构的阻尼变化数值,并赋予数值模型,仿真与试验结果最大误差为10.30%,仿真计算时应考虑结构阻尼随输入地震波强度变化的非线性特性。